师：同学们，今天我们来学习高一年级教科版信息技术必修二第二单元第六节小型信息系统的组建第二课时。我们先来回顾第一课时进行的组建红外线传感系统实验。它的工作流程是：红外线发射管发射红外信号，输入到红外线接收管后，经过处理转换成电信号，使开关三极管进入导通状态，并进一步控制小马达实现输出。从图中可见，这是一个简单的信息系统，只是根据获取到的信号进行物理上的转换来控制电路通断，并没有对信息进行更智能化的判断和处理。而这节课我们将要组建的超声波测距警报系统，却是一个智能化的小型信息系统。
师：我们先来看一下本节实验的目的，利用开源硬件Arduino组建超声波测距警报系统，体验信息的采集、传输、判断等处理过程。实验设备主要包括Arduino电路板、超声波模块和有源蜂鸣器，当然还有电池、面包板、导线等等。这是实验效果的展示：障碍物距离较远时不会发出警报。当障碍物靠近超声波传感器到一定距离后，我们就听到警报声发出。如果把障碍物移出超过一定范围，警报声又停止了。
师：本次实验的原理同样包括了信息系统的工作流程，这里面要特别留意的是信息系统的控制功能。第二个需要理解的是超声波传感器的测距原理。超声波具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性，而在不同的媒质界面处会产生反射现象。利用这一特性，人们制作了超声波传感器。这是一种非接触性的传感器，通过它的发射端发送超声波，并开始计时，检测到障碍物的时候会反射信号给传感器的接收端接收并停止计时。
师：很显然，如果我们把要测量的距离设为s，那么发射信号和返回信号这个时间差t，即超声波经过了距离2S的时间，这样我们就能够非常容易地计算出超声波传感器到反射物的距离。具体怎么算呢？我们现在已知声音在空气中的速度是340米每秒。超声波发射与接收总的距离是2S，超声波发射到返回的时间为t，那么根据路程等于速度乘以时间，我们可以得到2S = v×t，所以我们要求的s = v×t÷2。因为超声波传感器测得的时间是以微秒来计算的，我们还要进行一下单位的转换。我们把米转换成厘米，把微秒转换成秒，最后就可以得到一个化简之后的距离计算公式，s = 17×t÷1000，单位是厘米。请大家记住这一个计算的式子，我们后面需要用程序来实现。
师：最后要知道的一个实验原理是开源硬件。开源硬件是指用与自由及开源软件相同的方式设计的计算机和电子硬件。包括电路原理图、材料清单、设计图等都使用开源许可的协议，自由地使用分享，完全以开源的方式去授权。其中比较经典的代表就是我们今天要使用的Arduino，包含硬件和软件，硬件部分是用来做电路连接的电路板，而软件部分就是用来进行编程设计的程序开发环境，只要在Arduino IDE中编写程序代码，然后将程序上传到Arduino电路板，程序便会告诉电路板在一定的条件下要有什么反馈。
师：好了，下面我们要开始实验了，第一步依然是认识实验部件。我们第一个要认识的是开源硬件，今天要使用到的是Arduino的UNO主板。我们可以看到在它上面最大的这一块是微控制器。第二个要认识的实验部件是超声波模块，它是一种测量前方障碍物的模块。我们观察一下，它共有四个引脚，按照图示的朝向，从左到右依次是VCC电源控制端，也就是发送端trigger，还有接收端Echo，最后的是地线。最后一个要认识的部件是有源蜂鸣器。有源蜂鸣器中的“源”指的是震荡源，只要给有源蜂鸣器通直流电就可以发出响声。
师：认识完了需要的各种部件，我们下面就要进行电路连接了，先看一下这个电路连接图，可以发现超声波传感器，还有有源蜂鸣器，它们都是连接到了Arduino的主板上。具体的电路连接操作，我们一起来看视频演示。
师：我们第一步先来连接有源蜂鸣器。这一个设备比较简单，可以观察一下，长角是正极，短角是负极。为了跟我们之前的电路图相符合，我们把它旋转一下方向，也就是把负极放到左边，正极放到右边，然后安装到面包板上。接着我们拿出一根导线，把蜂鸣器的负极连接到电源的负极。再拿出一根导线连接蜂鸣器的正极。注意另一端是连到我们的电路板上，选择数字端口的5号口。好，这样我们就完成了第一个部件蜂鸣器的连接。
师：接下来我们要连接稍微复杂一点的超声波模块，先观察一下这个超声波传感器，它一共有四个引脚，从左到右分别是电源、TRIG发送、Echo接收和最后一个地线。我们观察一下这四根线的颜色。先来连接chip控制端，也就是发送端还有Echo接收端，它们分别是橙色和黄色线。我们要把发送端连接到数字端口的2号口，接收端连接到3号。观察一下，现在连线完毕以后，黄色线和橙色线的位置刚好是跟我们刚才观察超声波模块的方向是反过来的。这里要特别小心，不要接错了，因为跟后面的程序密切相关。接下来我们连接超声波模块的电源线，把它接到UNO主板的电源输出口，可以观察一下板上面的说明文字。最后我们要连接地线，就是绿色这根直接接入到面包板上电源的负极即可。好了，现在我们就把这个超声波模块连接进入电路了。
师：最后我们通过USB线把这个Arduino的主板跟电脑连接起来。可以看到电源灯亮起，主板通电，所有电路完成连接。
师：完成了硬件的连接以后，我们就要进行软件部分的操作了，也就是程序设计，Arduino自带的是C++编程语言。在本次实验中，我们并不做编程的要求，只需要对老师提供的程序进行调试，上传具体的操作看下面的视频演示。
师：现在计算机已经通过USB线与Arduino的主板连接，我们接下来启动Arduino IDE，也就是它的程序开发环境。正常情况下，开源硬件编程的第一步应该是安装驱动，但因为现在用的是Windows系统，已经自动进行了USB设备识别与安装，只需要选择正确端口来连接即可。点击工具 - 开发板，选择正确的开发板型号，这次我们用的是UNO主板。再次点击工具 - 端口，选择正确的串口以及com口，这里也是自动识别了。接下来我们选择文件 - 打开命令，找到老师提供的参考程序，把它打开。我们看到这个程序是使用C++来编写的，因为今天的实验不需要大家自己去写程序代码，只要体验程序功能即可。所以我们可以直接点击项目 - 验证编译命令，检查程序是否有语法错误。看现在底部出现了编译完成提示，说明这个程序是正确的。